(57)【要約】  本発明は，容易に精度よく加工でき，圧入時の圧入力を増大させることなく貫通孔との接触抵抗を低減できるプレスフィット端子及び半導体装置を得ることを目的とする。本発明のプレスフィット端子（１０）は，複数のプレスフィット端子単体ユニット（１０Ｌ）を複数重ねて構成されている。プレスフィット端子単体ユニット（１０Ｌ）の圧接部（１５）は，先端部（１４）から分岐した部分（１５ａ）が所定の間隔（１５ｓ）を隔てて対向するように形成されている。プレスフィット端子単体ユニット（１０Ｌ）の板厚（ｔＬ）は，所定の間隔（１５ｓ）の幅（Ｗｓ）又は先端部（１４）から分岐した部分（１５ａ）の幅（Ｗａ）よりも薄い。こうすることで，プレスフィット端子（１０）を容易に精度よく加工できるとともに，それぞれのプレスフィット端子単体ユニット（１０Ｌ）の分岐部（１５ａ）が独立して貫通孔（３１）の内壁に対して圧接力を働かせるため，少ない圧入力での圧入が可能になる。
2011125747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気接点用の貫通孔に圧入し、電気接続を行うためのプレスフィット端子であって、
板材からなり、先細状に形成された先端部と、前記先端部から分岐し、分岐した部分のそれぞれの側面が所定の間隔を隔てて対向するように形成され、前記貫通孔に挿入圧接される圧接部とを有するプレスフィット端子単体ユニットを、厚さ方向に複数重ねて構成し、
前記複数のプレスフィット端子単体ユニットのそれぞれの板厚は、前記所定の間隔または前記先端部から分岐した部分のそれぞれの幅よりも薄いことを特徴とするプレスフィット端子。
【請求項２】
当該プレスフィット端子の板厚は、前記先端部から分岐した部分のそれぞれの幅よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載のプレスフィット端子。
【請求項３】
前記重ねあわされたプレスフィット端子単体ユニットどうしは、少なくとも前記先端部の領域では接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプレスフィット端子。
【請求項４】
前記重ねあわされたプレスフィット端子単体ユニットどうしは、少なくとも前記圧接部の領域では分離していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプレスフィット端子。
【請求項５】
前記複数のプレスフィット端子単体ユニットには、材質の異なる板材を用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプレスフィット端子。
【請求項６】
前記複数のプレスフィット端子単体ユニットのうち、重ね合わせ方向の中心からの距離が同じ位置のプレスフィット端子単体ユニットには、同じ材質の板材を用いたことを特徴とする請求項５に記載のプレスフィット端子。
【請求項７】
前記複数のプレスフィット端子単体ユニットには、厚みの異なる板材を用いたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプレスフィット端子。
【請求項８】
前記複数のプレスフィット端子単体ユニットのうち、重ね合わせ方向の中心からの距離が同じ位置のプレスフィット端子単体ユニットには、厚みの同じ板材を用いたことを特徴とする請求項７に記載のプレスフィット端子。
【請求項９】
前記複数のプレスフィット端子単体ユニットには、圧接部の幅が異なるものを用いたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のプレスフィット端子。
【請求項１０】
前記プレスフィット端子単体ユニットの圧接部の幅は、当該プレスユニット端子単体ユニットの位置が重ね合わせ方向の中心から遠いほど狭くなっていることを特徴とする請求項９に記載のプレスフィット端子。
【請求項１１】
前記貫通孔の内壁の断面形状を円弧とすると、
前記プレスフィット端子単体ユニットのうち、重ね合わせ方向で最外層となるプレスフィット端子単体ユニットの圧接部の幅が、前記円弧における円の中心から当該プレスフィット端子の厚みの半分の距離の弦の長さよりも広く、
前記最外層となるプレスフィット端子単体ユニットの内側に隣接するプレスフィット端子単体ユニットの圧接部の幅が、前記弦の長さよりも狭い、
ことを特徴とする請求項９に記載のプレスフィット端子。
【請求項１２】
前記先端部から分岐した部分のそれぞれの側面には、対向する側面に向かって突出する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のプレスフィット端子。
【請求項１３】
前記突起部は、それぞれ前記側面からの付根部分がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のプレスフィット端子。
【請求項１４】
回路基板に形成された回路パターン上に取り付けられた半導体素子と、
前記半導体素子の電極に対して、前記先端部の他端側が電気接続された請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のプレスフィット端子と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体素子がワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム、またはダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレスフィット端子およびプレスフィット端子を備えた半導体装置に関し、とくにメス側電極である貫通孔へのプレスフィット端子圧入時の圧入力を増大させることなく貫通孔との接触抵抗を低減することができるプレスフィット端子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のうちでも電力用半導体装置は、鉄道車両、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両、家電機器、産業用機械等において、比較的大きな電力を制御、整流するために利用されている。従って、電力用半導体装置に使用される半導体素子は１００Ａ／ｃｍ２を超える高い電流密度で通電することが求められる。そのため、近年はシリコン（Ｓｉ）に代わる半導体材料としてワイドバンドギャップ半導体材料である炭化珪素（ＳｉＣ）が注目されており、ＳｉＣからなる半導体素子はシリコンと較べて高い電流密度での動作が可能である。【０００３】
しかし、高電流密度で動作させる電力用半導体装置では、電力用半導体装置に電流を流す端子も大電流に適応させるために断面積を大きくする必要がある。そのため、端子の熱容量が大きくなって、はんだ付けが困難になり、はんだ付けを必要としない端子が求められるようになってきた。【０００４】
はんだ付けを行わない端子の接続方法としては、従来から配線基板上のメス側電極であるスルーホールに圧入して接触させるプレスフィット接続が知られている。プレスフィット接続では、圧入後のプレスフィット端子の反発力により、スルーホール内壁との機械的接触により電気接続を行うので、接触力の維持が重要な技術課題である。そこで、圧入方向の両端部でまとめられ、圧入方向に垂直な方向に開いた圧接部の形状を、圧入方向に垂直な断面において互いに逆向きのＬ字型に形成し、両端部に対する変形に加え、Ｌ字形状の変形に対する反発力により接触力を高めたプレスフィット端子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2007-265641号公報（段落００２４、００３０、図３、図４、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構成のプレスフィット端子を大電流が流れる電力用半導体装置に適用するには、端子の抵抗を下げる必要があり、端子の板厚を一定以上に保つ必要がある。しかし、圧入方向に垂直な断面においてＬ字形状を形成するためには、絞り加工のような特殊な加工を必要とし、厚板を用いて精度よく加工するのは困難であった。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、容易に精度よく加工でき、圧入時の圧入力を増大させることなくメス側電極である貫通孔との接触抵抗を低減することができるプレスフィット端子および当該プレスフィット端子を備えた半導体装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプレスフィット端子は、電気接点用の貫通孔に圧入し、電気接続を行うためのプレスフィット端子であって、板材からなり、先細状に形成された先端部と、前記先端部から分岐し、分岐した部分のそれぞれの側面が所定の間隔を隔てて対向するように形成され、前記貫通孔に挿入圧接される圧接部とを有するプレスフィット端子単体ユニットを、厚さ方向に複数重ねて構成し、前記複数のプレスフィット端子単体ユニットのそれぞれの板厚は、前記所定の間隔または前記先端部から分岐した部分のそれぞれの幅よりも薄いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のプレスフィット端子によれば、厚みの薄いプレスフィット端子単体ユニットを厚さ方向に重ね合わせてプレスフィット端子を構成するようにしたので、容易に精度よく加工でき、圧入時の圧入力を増大させることなく貫通孔との接触抵抗を低減することができるプレスフィット端子および当該プレスフィット端子を備えた電力用半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるプレスフィット端子の構成を説明するためのメス側電極である配線基板スルーホールの構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかるプレスフィット端子を配線基板スルーホールに圧入した時の状態を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかるプレスフィット端子で、圧接部を一体化しない場合に配線基板スルーホールに圧入した時の状態を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の変形例にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の変形例にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態２にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態４にかかるプレスフィット端子の構成を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態５にかかるプレスフィット端子を配線基板スルーホールに圧入した時の状態および寸法関係を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態６にかかるプレスフィット端子を配線基板スルーホールに圧入した時の状態および寸法関係を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態７にかかる電力用半導体装置の内部構成を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態７にかかる電力用半導体装置の外観を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態７の変形例にかかる電力用半導体装置の外観を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１にかかるプレスフィット端子の構成を説明するためのもので、図１はプレスフィット端子の構成を説明するための外観図および断面図、図２はプレスフィット端子の圧入（接続）対象となるメス側電極である配線基板スルーホール（貫通孔）の平面図および断面図、図３はプレスフィット端子がスルーホールに圧入された状態を説明するための側面図および平面断面図である。以下、詳細に説明する。
【００１２】
図１において、プレスフィット端子１０は、配線基板（図２）に空けられた中空円柱状の貫通孔であるスルーホール３１（図２）に圧入されるプレスフィット部１３とそれ以外の部分からなる。そして、プレスフィット部１３は、端子圧入方向の先端となり、テーパー部１７によって先細となっている先端部１４と、基部１２側のテーパー部１６と、両テーパー部１７と１６間にあり、圧入方向（ｚ方向）ＤＩを含むｘｚ面内において、圧入方向ＤＩに垂直な方向（ｘ方向）に分岐して張出した一対の分岐部１５ａＬ、１５ａＲ（まとめて１５ａと称する）の間に開口部１５ｓが形成された圧接部１５からなる。そして、プレスフィット部１３部分の寸法は、図１（ｂ）に示すように厚さＴＯ＝１．０ｍｍ、幅ＷＯ＝２．２ｍｍであり、銅または銅合金の帯状の平板に、先端部１４や圧接部１５が形成されたプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌ１、１０Ｌ２（総称して１０Ｌ）を積層（重ね合わせ）することにより構成される。
【００１３】
なお、圧接部１５は、プレスフィット端子１０の圧入方向ＤＩに平行な中心軸ＡＣに対して軸対称となっている、さらに、左右の分岐部１５ａが中心軸ＡＣ（ｚ方向）と薄板１０Ｌの積層方向（ｙ方向）を含む平面（ｚｙ平面）に対して面対称となっていることが望ましい。先端部１４側のテーパー部１７は、圧入時にスルーホール３１の内壁３１ｗへかかる負荷を弱めるため、端子１０の圧入方向ＤＩに対して平行に近い、緩やかな角度である方が良い。また、圧入時にスルーホール３１の厚さ方向と一致する圧接部１５の圧入方向ＤＩでの長さＬａは、特に大電流を流す際はスルーホール３１の内壁３１ｗとの接触面積を大きくする必要があるため、スルーホール３１（配線基板）の厚さＤＴＨ（図２（ｂ））よりも大きい方が望ましい。
【００１４】
また、スルーホール３１へ圧入した際に圧接部１５とスルーホール３１の内壁３１ｗとの接触面積を増やすために、分岐部１５のうち、圧接部１５の圧入方向ＤＩに垂直な断面の四隅に当たる部分１５ｃには、図１（ｃ）に示すように面取りをすることが望ましい。面取りすることでスルーホール内壁３１ｗとプレスフィット端子１０の圧接部１５の接触面積が増大し、電気抵抗が低減される。
【００１５】
プレスフィット端子の基部１２には、スルーホール３１への圧入時に治具にて固定あるいは圧入するための受け部１１を両側水平方向に設置している。プレスフィット端子単体をスルーホール３１へ圧入する場合には受け部１１は必要であるが、例えば、パワーモジュールの電極端子などに使用する場合は、端子はモジュールと一体となっているため、受け部１１は必ずしも必要ない。
【００１６】
そして、本発明によるプレスフィット端子１０は、図１（ｂ）に示すように、端子としての板厚ｔＯが、１．０ｍｍであるが、板厚方向に２分割されているという特徴を持つ。つまり、板厚ｔＬ１＝ｔＬ２＝０．５ｍｍのプレスフィット形状をした平板であるプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌ１と１０Ｌ２を積層し、一体化（接合）したものをプレスフィット端子１０としている。プレスフィット端子１０の表面には、端子母材の酸化を防ぐため、また、スルーホール内壁３１ｗとの接触部の接触抵抗を低減するため、すずなどによりめっき処理をすることが望ましい。また、母材としては、導電性に優れた銅または銅合金の薄板を用いることが好ましいが、アルミなど銅以外の導電性材料の薄板であっても構わない。
【００１７】
ここで、プレスフィット端子１０の圧入対象となるメス型電極である配線基板３０のスルーホール３１について図２を用いて説明しておく。図２（ａ）は配線基板３０に設けられたスルーホール３１の近傍部分を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図において、厚さ１．６ｍｍの配線基板３０の表裏両面には、厚さ３５μｍの銅配線パターン３３が形成されている。スルーホール３１は、配線基板３０に銅配線パターン３３とともに直径φＨ＝２．０５ｍｍの貫通孔を作孔した後、貫通孔の内周面に厚さ２５μｍの銅からなる電気的な接点部３２をめっき処理により形成している。めっき処理後のスルーホール３１の仕上がり寸法は、直径φＴＨ＝２．００ｍｍ、深さＤＴＨ＝１．６７ｍｍとなる。なお、配線基板３０の両面の銅配線パターン３３およびスルーホール内壁３１ｗ、つまり、スルーホール３１内周の接点部３２の表面には、銅の酸化を防ぐために配線基板に一般的に使用されている水溶性プリフラックスが塗布されている。水溶性プリフラックスの代わりに、すずなどによるめっき処理やはんだレベラ処理でも構わない。基板厚み、スルーホール径、パターン厚みやめっき厚みは適宜調整しても構わない。
【００１８】
つぎに、プレスフィット端子１０をスルーホール３１に圧入（メス型電極に接続）したときの状態について説明する。図３はプレスフィット端子１０を、メス側電極である配線基板３０のスルーホール３１に圧入した場合の端子の変形（形状）を示す図であり、図３（ａ）は圧入後の側面を示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図３（ｄ）は図３（ａ）におけるＤ−Ｄ断面を示す。
【００１９】
プレスフィット端子１０をスルーホール３１に圧入すると、圧接部１５では、スルーホール３１の内壁３１ｗの外側に張り出した左右の分岐部１５ａＬ、１５ａＲが内側に圧縮され、開口部１５ｓが圧縮されて間隔が縮小する。その際、分岐部１５ａＬ、１５ａＲは、基部１２および先端部１４に対して変形するので、スルーホール内壁３１ｗに対して反発力を発揮し、スルーホール３１の内壁３１ｗへの接触力が増強される。
【００２０】
このような構成にした理由を以下に述べる。
プレスフィット端子は一般的にプレス加工によって作製される。プレス加工により作製する理由は、加工が低コストであり、同仕様の製品を精度よく大量に生産できることである。しかしながら、プレス加工は、板厚よりも小さい円の直径もしくは楕円の短手の寸法、つまり、開口部に対する板厚の比（板厚／開口部径＝ｔＯ／Ｗｓ）が１よりも大きい形状を加工することは、加工精度上非常に難しい。また、板厚よりも細い部分を残して打ち抜く、つまり、板厚よりも細い圧接部を形成する加工（板厚／圧接部太さ＝ｔＯ／ＷａＬ＞１となる加工）は困難である。そのため、歩留まりが悪くなって端子の作製コストが高くなるという問題があった。しかしながら、本実施の形態に示した通り、板厚の薄い板材をプレスフィット端子の平面形状に打ち抜いただけのプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌ１と１０Ｌ２を複数枚積層してプレスフィット端子１０を作製することで、プレス加工により、容易に精度よく製造することができる。
【００２１】
なぜなら、本実施の形態に示したそれぞれのプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌ１と１０Ｌ２を作製して積層する場合、それぞれの板厚ｔＬ１、ｔＬ２が薄いため、板厚に対する開口部１５ｓの幅Ｗｓや分岐部１５ａの太さＷａＬ，ＷａＲが大きくなり、加工が容易となる。板厚の異なる材料に同じ幅の穴を開けるような加工をする際、一般的な加工法では、板厚が大きいほど加工が難しくなり、板厚が小さいほど加工が容易となる。例えば、板厚１ｍｍ、開口部１５ｓの幅が０．５ｍｍの場合、板厚方向に分割されてなければ開口部１５ｓの幅に対する板厚の比は２となるが、板を厚み方向に２分割した場合、開口部１５ｓに対する端子単体ユニットの厚みの比は１となり、加工が容易となる。さらに、端子単体ユニットの板厚を薄く（分割枚数を増加）することで加工時の寸法精度を高くすることができ、結果、端子コストが低くなる。
【００２２】
さらに、開口部１５ｓの加工が容易になるため、端子の開口部１５ｓ部分と外形部分を１つの打ち抜きプレスの金型で同時に加工することが可能となる。そのようにすることで、金型の数を少なくすることができ、金型製作コストを削減することができる。つまり、複数のプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌのそれぞれの板厚ｔＬを、開口部１５Ｓの間隔Ｗｓまたは分岐部１５ａのそれぞれの幅Ｗａの少なくとも一方よりも薄くすることにより、容易に精度よく加工することができる。
【００２３】
また、本実施の形態にかかるプレスフィット端子１０のように、厚み方向で分割した端子単体ユニットごとに形状加工できる構成では、加工部材の板厚よりも小さい開口部を開けることが難しいエッチング加工によっても、作製可能となる。エッチング加工は、金型などが必要無く、少量生産の際でもコストが低い加工法である。この方法により、例えば、モジュールの電極端子など、少量多品種の場合でも、コストが低くプレスフィット端子を作製できるという利点がある。
【００２４】
また、本実施の形態にかかるブレスフィット端子では、各層ごとにプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌを加工した後に、圧入方向ＤＩに沿って全体を一体化した例について説明した。しかし、圧接部１５までも一体化されている場合は、圧入中および圧入後において、各端子単体ユニットが一体となって変形するので、スルーホール３１に対して局所的な圧接力が働いてしまい、圧入力を低減する効果が弱まり、スルーホール３１にダメージを生じる場合がある。
【００２５】
そこで、基部１２側と先端部１４のみ一体化し、圧接部１５においては、端子単体ユニット間を固定しないようにすると、各プレスフィット端子単体ユニットが個別にスルーホール内壁３１ｗの形状に追従するため、プレスフィット端子１０とスルーホール内壁３１ｗとの実質の接触面積が増大し、抵抗がより一層低減される。例えば、図４は、圧接部１５においては、端子単体ユニット間を固定しないプレスフィット端子１０をスルーホール３１に圧入した場合の、図３（ｃ）に相当する圧接部１５の状態を示すものである。図に示すように、各端子単体ユニットの分岐部１５ａがそれぞれ内壁３１Ｗに沿って変形している。そのため、それぞれのプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌ１、１０Ｌ２の分岐部１５ａ部分が独立してスルーホール内壁３１ｗに対して圧接力を働かせるため、少ない圧入力での圧入が可能になるとともに、圧入後においては局所的に大きな圧接力を働くことが無い。そのため、スルーホール３１に生じるダメージを抑えることができる。
【００２６】
一方、スルーホール３１への圧入時に、積層されている端子単体ユニットのうち、一部のプレスフィット端子単体ユニット、特に、後述する３層以上の端子単体ユニットを積層した場合には、最外層となるプレスフィット端子単体ユニットだけがスルーホール３１から外れて圧入できないというような事象が生じる可能性があるので、これを回避するため、先端案内部として機能する先端部１４については、一体化している。これにより、積層されている全てのプレスフィット端子単体ユニット、つまり、プレスフィット端子を構成する全ての層のプレスフィット端子単体ユニットを、容易にスルーホール３１内部に案内することが可能となる。そのため、圧入時に一部のプレスフィット端子単体ユニットがスルーホール３１内部からはみ出し、隣の端子に接触してショートする可能性や、端子の導電面積が足りなくなり、端子の発熱が増大するといった状況を回避することができる。
【００２７】
また、端子の基部１２が接合されて一体化されている場合、以下の効果も発揮する。端子の基部１２が一体化されている場合、プレスフィット端子１０の圧入中に、基部１２の座屈強度が高くなるため、基部１２が座屈してスルーホール３１に圧入できなくなるという問題を起こさず、プレスフィット部１３をスルーホール３１内に正常に挿入することが可能となる。また、積層されたそれぞれのプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌ１と内壁３１ｗおよび、１０Ｌ２と内壁３１ｗとの接触抵抗がばらついた場合でも、少なくとも基部１２が一体化されていることで、各層のプレスフィット形状が熱的・電気的に接続されるため、大電流を流した際に、局所的な発熱を抑えることが出来る。その結果、局所的な温度上昇を抑制するのに好適である。ただし、端子の基部１２については、プレスフィット端子単独のときに一体化接合されていなくても、半導体装置内に固定される際に、実質的に一体化することになるので、各端子単体ユニット１０Ｌの少なくとも先端部１４の領域を一体化（接合）すれば、好適なプレスフィット端子を得ることができる。
【００２８】
実施の形態１における変形例
さらに、上記の構成では、プレス加工やエッチング加工等により、接合部１５の内部形状（開口部１５ｓ）の加工が容易になるため、開口部１５ｓの形状を必要特性に合わせて様々に変更することができる。図５〜図８は、本発明の実施の形態１にかかるプレスフィット端子の変形例を示したものである。図５〜図８に記載のプレスフィット端子１０Ｖ１〜１０Ｖ４の形状は、スルーホール３１に圧入後にスルーホール内壁３１ｗに対して圧接力を増強する目的で設計されたものである。例えば、図５〜図７においては、圧入時に圧接部を内側から押しつける突起部１５ｐＶ１〜１５ｐＶ３を設けたり、図８においては圧入前から圧接部１５Ｖ４を内側から支える支柱部１５ｂＶ４を設けたりしている。
【００２９】
上記変形例のうち、図５〜６に示すように、先端部１４から分岐した部分１５ａのそれぞれの側面に、対向する側面に向かって突出する突起部１５ｐＶ１〜１５ｐＶ３を設けた場合、プレスフィット端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３を基板スルーホール３１などに挿入した際、端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３のスルーホール３１に対する接触力が増強される。また、端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３の圧接部１５Ｖ１〜１０Ｖ３がスルーホール内壁３１ｗに対して均等に接触力を働かせることにより、接触面積が増大して、接触抵抗が低減し、大電流を流すことが可能となる。また、挿入初期において、支点間距離を大きくすることが可能となり、軟らかい材料でも挿入力を低減し端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３と基板３０を破壊せず正常に挿入することができる。
【００３０】
また、図５および図７に示すように、突起部１５ｐＶ１、１５ｐＶ３をそれぞれ側面からの付根部分１５ｐＢがテーパ状に形成した場合、プレスフィット端子１０Ｖ１、１０Ｖ３をスルーホール３１に対して傾いて挿入しても、スルーホール内壁３１ｗに対して、反発力を生じることができる。これは、プレスフィット端子１０Ｖ１、１０Ｖ３がスルーホール３１に対して傾いて挿入されると、突起部１５ｐＶ１、１５ｐＶ３同士が片当りするが、側面部からのテーパー状の付け根部分１５ｐＢが、突起部１５ｐＶ１、１５ｐＶ３の曲げ強度を増強させるので、突起部１５ｐＶ１、１５ｐＶ３の変形を抑制することができるからである。そのため、プレスフィット端子１０Ｖ１、１０Ｖ３を傾いて挿入した場合でも、突起部１５ｐＶ１、１５ｐＶ３がスルーホール内壁３１ｗに対して、反発力を生じることができる。なお、図６においては、突起部１５ｐＶ２の付根部分１５ｐＢはテーパ状にはなっていないが、図５、図７と同様にテーパ状にすることで同様の効果を得ることができる。
【００３１】
ここで、上記のような（開口部の）内部形状を有するプレスフィット端子を、１枚の板から直接加工することは非常に難しかった。しかしながら、本発明によるプレスフィット端子では、板厚方向に複数枚積層する構造であるため、それぞれのプレスフィット端子単体ユニットの加工は容易となる。このようにすることで、プレスフィット形状の加工が容易となり、開口部の幅が小さくでき、さらに、必要な圧接力を働くために開口部内の形状を複雑化できるため、加工による制約なく端子の設計が可能となる。
【００３２】
なお、例えば、図５〜図７に示すプレスフィット端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３では、開口部１５ｓＶ１〜１５ｓＶ３の幅は突起部１５ｐＶ１〜１５ｐＶ３の部分で狭くなっているが、加工の際には突起部１５ｐＶ１〜１５ｐＶ３のない部分の間隔が狭いか否かが問題となるので、開口部のなかの最も広い間隔を代表幅とし、代表幅が板厚より広ければよい。また、分岐部１５ａのそれぞれの幅についても、途中で狭くなったり広くなったりしていてもよく、その場合は最も狭い幅を代表幅とし、代表幅を板厚より広くする。
【００３３】
なお、上記各図に記載のプレスフィット端子１０は板厚方向（ｙ方向）に２分割された状態を示したものであるが、それ以上の分割数で分割されていても良い。分割されたプレスフィット端子１０の１層あたりの板厚が小さいほど、プレスフィット形状の加工が容易となり、開口部の幅を小さくしても精度よく加工することができ、さらに、必要な圧接力を働くために開口部内の形状を複雑化できる。また、板厚の薄い各端子単体ユニットはプレス加工によっても大きな反りを生ずることなく平坦性を保つことができるが、多少のカエリ等が生じることがある。その場合、例えば、カエリが生じる方向が厚み（積層）方向において対称となるように配置することで、より均質なプレスフィット端子を得ることができる。
【００３４】
以上のように、本発明の実施の形態１にかかるプレスフィット端子１０（および１０Ｖ１〜１０Ｖ４）によれば、電気接点用の貫通孔３１に圧入して電気接続を行うためのプレスフィット端子であって、板材からなり、先細状に形成された先端部１４と、先端部１４から分岐し、分岐した部分１５ａのそれぞれの側面が所定の間隔１５ｓを隔てて対向するように形成され、貫通孔３１に挿入圧接される圧接部１５とを有するプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌを、厚さ方向（ｙ方向）に複数重ねて構成するようにしたので、従来のようにプレスフィット端子を１枚物で形成する場合と較べて、加工対象の板厚が薄くなるので、容易に精度よく加工でき、圧入時の圧入力を増大させることなくメス側電極との接触抵抗を低減することができるプレスフィット端子を得ることができる。
【００３５】
とくに、重ね合わせた複数のプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌのそれぞれの板厚ｔが、開口部１５ｓの間隔Ｗｓまたは先端部から分岐した部分１５ａのそれぞれの幅Ｗａよりも薄くなるようにしたので、それぞれのプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌを確実に精度よく加工でき、圧入時の圧入力を増大させることなくメス側電極との接触抵抗を低減することができるプレスフィット端子を得ることができる。
【００３６】
そして、プレスフィット端子単体ユニット１０Ｌを重ね合わせて構成したプレスフィット端子１０の総厚みｔＯを、分岐部１５ａのそれぞれの幅Ｗａよりも厚くすることで、所望の圧入特性を発現することができる。
【００３７】
また、重ねあわされたプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌどうしは、少なくとも先端部１４の領域では接合されているようにしたので、最外層のプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌが貫通孔３１からはみ出すこともなく、容易に圧入できる。
【００３８】
さらに、重ねあわされたプレスフィット端子単体ユニット１０Ｌどうしは、少なくとも圧接部１５の領域では、分離されている、つまり、各プレスフィット端子単体ユニット１０Ｌ間を固定せず、それぞれの分岐部１５ａが独自に変形できるようにしたので、少ない圧入力で大きな圧接力が得られるとともに、スルーホール内壁３１ｗに対する圧接力の局所的な偏りを抑制できるので、スルーホール３１へのダメージが低くなる。
【００３９】
また、先端部１４から分岐した部分１５ａのそれぞれの側面に、対向する側面に向かって突出する突起部１５ｐＶ１〜１５ｐＶ３を設けた場合、プレスフィット端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３を基板スルーホール３１などに挿入した際、端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３のスルーホール３１に対する接触力が増強される。また、端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３の圧接部１５Ｖ１〜１０Ｖ３がスルーホール内壁３１ｗに対して均等に接触力を働かせることにより、接触面積が増大して、接触抵抗が低減し、大電流を流すことが可能となる。また、挿入初期において、支点間距離を大きくすることが可能となり、軟らかい材料でも挿入力を低減し端子１０Ｖ１〜１０Ｖ３と基板３０を破壊せず正常に挿入することができる。
【００４０】
さらに、突起部１５ｐＶ１、１５ｐＶ３を、それぞれ側面からの付根部分１５ｐＢがテーパ状に形成した場合、プレスフィット端子１０Ｖ１、１０Ｖ３をスルーホール３１に対して傾いて挿入しても、スルーホール内壁３１ｗに対して、反発力を生じることができる。
【００４１】
なお、プレスフィット端子１０およびスルーホール３１の寸法は上記のものと異なっていてもよく、少なくともプレスフィット端子１０の圧接部１５の幅（現行２．２ｍｍ）がスルーホール内径（現行２．０ｍｍ）よりも大きければ成り立つ。また、各プレスフィット端子単体ユニットは平坦に限ることはなく、圧接部等に曲げ加工が入っていてもよい。また、銅配線パターン３３の厚み、めっき厚が異なっていても構わない。また、以上に記した実施の形態は、配線基板のスルーホールへの圧入を例としたが、コネクタなどの筒状の金属導体などに圧入するプレスフィット端子などにおいても成立する。
【００４２】
実施の形態２．
本実施の形態２にかかるプレスフィット端子は実施の形態１にかかるプレスフィット端子に対して各端子単体ユニットの材質の構成を変えたものである。図９は本実施の形態２にかかるプレスフィット端子２１０を示す図である。図において、プレスフィット形状の端子単体ユニット２１０Ｌ１を純銅板で形成し、もう一方のプレスフィット形状の端子単体ユニット２１０Ｌ２をリン青銅の板で形成した。本発明の各実施の形態にかかるプレスフィット端子では、プレスフィット形状をもった端子単体ユニットを複数枚積層する構造であるため、異なる材料からなるプレスフィット端子２１０を容易に構成することができる。その他の構成については実施の形態１に示したプレスフィット端子と同じであるので説明を省略する。
【００４３】
大電流を流す際には、端子の発熱、および端子圧接部とスルーホール内壁との接触部の発熱の２つを抑制する必要がある。端子の発熱を抑制するためには導電性の高い材質である必要がある。また、接触部の発熱を抑制するためには圧接部に働く力を高めて接触抵抗を低減する必要がある。しかしながら、端子の発熱を抑えるための導電性の高い材質である純銅などは、非常に軟らかく強度が低い。一方、機械強度の高いリン青銅は導電性が銅と較べて低くなる。つまり、現実的には、導電性と機械強度を両立させる材料がない。そのため、導電性を優先すると塑性変形しやすく、圧接部に働く力を高めることが難しく、逆に機械強度を優先すると導電性が低くなるので、いずれの場合でも接触部の抵抗が大きくなり発熱が非常に大きくなってしまい、大電流化が難しいという問題があった。
【００４４】
しかし、本実施の形態にかかるプレスフィット端子２１０では、一方のプレスフィット形状の端子単体ユニット２１０Ｌ１を導電性の高い材質とし、もう一方のプレスフィット形状薄板の端子単体ユニット２１０Ｌ２を強度の高い材質とすることで、プレスフィット端子２１０全体の導電性を高め、かつ、圧接部２１５に働く力を高めるという両方の要求を満たすことが可能となった。
【００４５】
なお、異なる材質の積層体としては、クラッド材料などが知られているが、材料の段階で一体化されているため１枚板と同じであり、開口部の加工が煩雑であることは変わりない。さらには、強度の異なる材質のクラッド材料はプレスフィット端子の開口部のような小さい寸法のプレス加工では、加工時に強度の高い材料がひずみ、強度の低い材料を変形させてしまうため、各プレスフィット端子単体ユニットが平板形状を維持できず適さない。一方、本発明では、プレスフィット形状に加工した薄板材を積層する構造であるため、開口部の加工が容易であり、さらに、前記のように、加工時に強度の高い材料が強度の低い材料を変形させてしまうことはないというメリットがある。
【００４６】
以上のように本実施の形態２にかかるプレスフィット端子２１０によれば、複数のプレスフィット端子単体ユニット２１０Ｌ１、２１０Ｌ２には、材質の異なる板材（銅板／りん青銅板）を用いたので、プレスフィット端子２１０全体の導電性を高め、かつ、圧接部２１５に働く力を高めるという両方の要求を満たすことが可能となった。
【００４７】
実施の形態３．
本実施の形態３にかかるプレスフィット端子は、板厚方向の分割数を３以上とし、板厚方向で外側の層となる端子単体ユニットと内側の層になる端子単体ユニットの材質を変えたものである。図１０は本発明の実施の形態３にかかるプレスフィット端子３１０の構成を示したものである。図において、プレスフィット端３１０は、板厚方向（ｙ方向）の分割数が３であり、最外側の薄板３１０Ｌ１と３１０Ｌ３が同じ材質である。各層３１０Ｌ１、３１０Ｌ２、３１０Ｌ３それぞれの板厚は０．３３ｍｍであり、板材を３枚積層すると全体では約１ｍｍ厚となる。中央層となるプレスフィット端子単体ユニット３１０Ｌ２の材質は強度の高いステンレスを、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット３１０Ｌ１と３１０Ｌ３の材質は導電性の高い純銅を用いることを例に説明する。なお、プレスフィット端子の各層となる端子単体ユニット同士は一体化されている。上記以外は概ね実施の形態１で示したものと同じ構成であるため、重複する説明を省略する。
【００４８】
このような構成にした理由を以下に述べる。
純銅の線膨張係数は１７ｐｐｍ／Ｋ程度であるが、ステンレスは１４ｐｐｍ／Ｋ程度である。プレスフィット端子が高温環境下にさらされると、各材料は熱膨張する。その際、材料の線膨張係数が異なるため、それぞれの材料と材料の界面に熱応力が発生し、そりの原因となるが、最外側に同じ材料を使うことで、高温上昇時に、板厚方向で対称の位置にある材料と材料の界面に均一な熱応力が発生し、結果として、端子全体が反ることなく、膨張する。このようにすることで、スルーホール内壁の接触部に対して、高温時においても均一に圧接力を生じることができるため、安定した電気接続を得られるようになり、温度サイクル信頼性を高めることができる。
【００４９】
本実施の形態によるプレスフィット端子では、板厚方向の分割数が４つ以上であっても成り立つ。その場合は、板厚方向の中心から、材料が対称に配置されていれば構わない。
【００５０】
また、上記構成では、各層全体を一体化した場合について述べたが、先端部のみ、先端部と基部のみといった圧入方向において部分的に一体化された場合でも同様の効果を奏することができる。また、温度変化以外の要因に対しても異なる材料を用いることが好適な効果を奏する場合がある。例えば、プレスフィット端子の圧接部とスルーホールとの接触は、端子の四隅によってなされる。したがって、例えば層構成を３層（それ以上でもよい）とし、最外層となるプレスフィット端子単体ユニットの材料を導電性の高く軟らかい純銅とし、内層になるプレスフィット形状の端子単体ユニットの材料を強度の高い材料とすることで、端子のスルーホールへの圧入時に端子の四隅が圧縮され変形するため、スルーホールへの接触面積が大きくなる。一方、内側の層に機械強度の高い端子単体ユニットを適用すれば、スルーホールに対しての機械的な支持を内側になった端子単体ユニットが受け持つので、端子が機械的に安定し、外側の層になった端子単体ユニットに余計な応力がかかることがない。その結果、接触抵抗を低減することができる。さらには、圧入が良好な場合の圧接部は、スルーホール内壁と拡散接合が形成されるため、より強固な接続が得られることができ、温度サイクルや高温保持などの信頼性が増す。
【００５１】
以上のように、本発明の実施の形態３にかかるプレスフィット端子３１０によれば、複数のプレスフィット端子単体ユニット３１０Ｌのうち、重ね合わせ方向の中心ＡＣからの距離が同じ位置のプレスフィット端子単体ユニット（外側の３１０ＬＥどうしと、内側の３１０Ｉどうし）には、同じ材質の板材を用いるように構成したので、温度が変化しても、積層方向（板厚方向：ｙ方向）で対称の位置にある材料と材料の界面に均一な熱応力が発生し、結果として、プレスフィット端子３１０全体としての反りが低減され、接続信頼性が向上する。
【００５２】
実施の形態４．
本実施の形態４にかかるプレスフィット端子は、板厚方向の分割数を３以上とし、板厚方向で外側の層となる端子単体ユニットと内側の層になる端子単体ユニットの厚さを変えたものである。図１１は本発明の実施の形態４にかかるプレスフィット端子４１０の構成を示すものである。図において、プレスフィット端子単体ユニット３枚（４１０Ｌ１〜４１０Ｌ３）を積層したプレスフィット端子４１０において、全体の板厚を１ｍｍとした場合に、中央層となるプレスフィット端子単体ユニット４１０Ｌ２の板厚を０．２ｍｍとし、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット４１０Ｌ１、４１０Ｌ３の板厚を０．４ｍｍとし、各端子単体ユニット間を接合して、各層を一体化している。また、各端子単体ユニットの材質としては、中央層となるプレスフィット端子単体ユニット４１０Ｌ２の材質を強度の高いステンレスとし、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット４１０Ｌ１、４１０Ｌ３の材質を導電性の高い純銅とした。その他の構成については、上記各実施の形態で示したものと同じ構成であるため、説明を省略する。
【００５３】
このような構成にした理由を以下に述べる。
上記のような構成にした場合、全体の板厚が１ｍｍで、各端子単体ユニットの板厚を同じとする場合と比較して、端子全体の導電性を高くすることができる。なぜなら、本実施の形態４によるプレスフィット端子４１０は、全体の板厚の５分の４（０．８ｍｍ）が導電性の高い純銅の板厚となっており、端子全体の導電性は、全体を純銅とした場合と比較して、最低でも８０％以上となる。また、中央層となる端子単体ユニット４１０Ｌ２には、純銅よりも強度の高い材料を用いたので、板厚を全体の２０％程度まで薄く（０．２ｍｍ）しても、スルーホール内壁３１ｗに対する面圧を維持することができる。その結果、同じ板厚で上記材質を組み合わせるよりも大電流を流した際に端子の発熱をさらに抑制することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態にかかるプレスフィット端子４１０は、分割数が３の場合について例示したが、４つ以上であっても成り立つ。また、少なくとも厚み方向（ｙ方向）で最外層となる端子単体ユニットのコーナー部４１５ｃがスルーホール内壁３１ｗに接すればよいので、その場合は、プレスフィット端子単体ユニットの圧接部の幅ＷＯが、プレスフィット端子単体ユニット（４１０ＬＥ）の厚み方向の外側の面の位置におけるスルーホール内壁３１ｗの弦よりも大きければよい。
【００５５】
以上のように、本発明の実施の形態４にかかるプレスフィット端子４１０によれば、複数のプレスフィット端子単体ユニット４１０Ｌに厚みの異なる板材を用いたので、導電性と接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００５６】
とくに、複数のプレスフィット端子単体ユニット４１０Ｌのうち、重ね合わせ方向の中心ＡＣからの距離が同じ位置のプレスフィット端子単体ユニット（外側の４１０ＬＥどうしと、内側の４１０ＬＩどうし）には、厚みの同じ板材を用いるように構成したので、温度変化に対しても反りの発生を抑制し、導電性と接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００５７】
実施の形態５．
本実施の形態５にかかるプレスフィット端子は、板厚方向の分割数を３以上とし、板厚方向で外側の層となる端子単体ユニットと内側の層になる端子単体ユニットのプレスフィット形状を変えたものである。図１２は、本発明の実施の形態５にかかるプレスフィット端子５１０の構成を示すものであり、図１２（ａ）はプレスフィット端子５１０をスルーホールに圧入した時の側面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、つまりプレスフィット端子５１０のスルーホール圧入後のスルーホール厚さ方向の中央の位置における断面図、図１２（ｃ）はスルーホール圧入前の寸法関係を説明するための図である。図において、プレスフィット端子５１０は、板厚方向に３分割されており、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット５１０Ｌ１、５１０Ｌ３（以下５１０ＬＥと称する）の圧接部５１５における幅ＷＯＥが、中央層となるプレスフィット端子単体ユニット５１０Ｌ２（以下５１０ＬＭと称する）の圧接部５１５の幅ＷＯＭよりも小さくなっている。そして、各端子単体ユニットの端子の圧接部の幅ＷＯＥ、ＷＯＭが厚み方向の外側面ＦＥＥとなる位置でのスルーホール内壁３１ｗの断面形状である円弧Ａ３１Ｗの弦の長さ（弦の距離ＤＣＥ、ＤＣＭに対応した弦の長さ）ＬＣＥ、ＬＣＭよりも大きくなるようにしている。
【００５８】
なお、プレスフィット端子の各層を形成する端子単体ユニット間の一体化状態については、全体でも部分でも構わない。上記以外は概ね各実施の形態で示したものと同じ構成であるため、説明を省略する。
【００５９】
このような構成にした理由を以下に述べる。
このようにすることで、プレスフィット端子５１０とスルーホール内壁３１ｗに接触する箇所が、最外層の端子単体ユニット５１０ＬＥの４点のコーナー部５１５ｃだけでなく、内層の端子単体ユニット５１０ＬＭの４つのコーナー５１５ｃＭも加えて８点となり、接触する面積を大きくすることができる。そのため、接触部の抵抗を低減することができる。その結果、大電流を流す際に接触部の発熱による温度上昇を抑えることができ、長期信頼性が高まる。
【００６０】
さらに、接触点数が多くなることにより、外的荷重により、プレスフィット端子５１０の受け部５１１辺りで左右に荷重がかかっても、プレスフィット端子５１０の圧接部５１５のスルーホール内壁３１ｗに対する接触力がより大きい面積にわたって働くため、プレスフィット端子５１０が抜けたり、接触力が弱まったりすることがない。例えば、電力用半導体装置に本実施の形態によるプレスフィット端子を用いた場合、使用中のモールド樹脂の熱膨張により、プレスフィット端子とスルーホール内壁に熱応力が生じるが、接触点数が多いため、信頼性が高くなる。
【００６１】
さらに、接触面積を大きくすることにより、接触部分の単位面積当たりにかかる接触力が分散されるため、スルーホール内壁３１ｗのめっきや基板３０に生じる負荷を低減することができ、めっきの削れや剥がれ、さらには基板３０の割れや白化を抑えることができる。結果基板３０および接続部の信頼性が高くなる。
【００６２】
なお、本実施の形態５にかかるプレスフィット端子においても、図１２に示した３分割よりも多い分割数でも成り立つ。その場合でも、中央層から外側層に向かうにつれ、プレスフィット端子単体ユニットの圧接部の幅ＷＯが小さくなっているようにすればよい。
【００６３】
以上のように、本発明の実施の形態５にかかるプレスフィット端子５１０によれば、複数のプレスフィット端子単体ユニット５１０Ｌには、圧接部５１５の幅Ｗｏが異なるものを用いるように構成したので、接触力や接触面積を自在に調整できる。
【００６４】
とくに、プレスフィット端子単体ユニット５１０Ｌの圧接部５１５の幅Ｗｏは、当該プレスユニット端子単体ユニット５１０Ｌの位置が重ね合わせ方向の中心ＡＣから遠いほど（積層位置が内側から外側になるにつれて）狭くなっているように構成したので、各層のプレスフィット端子単体ユニット５１０Ｌがそれぞれスルーホール内壁３１ｗと圧接でき、良好な接触を保つことができる。
【００６５】
実施の形態６．
本実施の形態６にかかるプレスフィット端子も、実施の形態５と同様に板厚方向の分割数を３以上とし、板厚方向で外側の層となる端子単体ユニットと内側の層になる端子単体ユニットのプレスフィット形状を変えたものであるが、本実施の形態６においては、外側層となる端子単体ユニットの圧接部の幅の方を内側層となる端子単体ユニットの圧接部の幅よりも広くした。
【００６６】
図１３は、本発明の実施の形態６にかかるプレスフィット端子６１０の構成を示すものであり、図１３（ａ）はプレスフィット端子６１０をスルーホールに圧入した時の側面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、つまりプレスフィット端子６１０のスルーホール圧入後のスルーホール厚さ方向の中央の断面図、図１３（ｃ）はスルーホール圧入前の寸法関係を説明するための図である。図において、プレスフィット端子６１０は、板厚方向に３分割されており、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０Ｌ１、６１０Ｌ３（以下６１０ＬＥと称する）の圧接部６１５における幅ＷＯＥが、中央層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０Ｌ２（以下６１０ＬＭと称する）の圧接部６１５の幅ＷＯＭよりも大きくなっている。そして、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥの圧接部の幅ＷＯＥが厚み方向の外側面ＦＥＥとなる位置でのスルーホール内壁３１ｗの断面形状である円弧Ａ３１Ｗの弦の長さ（弦の距離ＤＣＥに対応、つまり、円弧の中心ＰＣ＝軸中心ＡＣから端子６１０の厚みの半分の距離にある弦の長さ）ＬＣＥよりも大きくなるようにしている。一方、内層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＭの圧接部の幅ＷＯＭは、厚み方向の外側面ＦＥＭとなる位置での円弧Ａ３１Ｗの弦の長さＬＣＭよりも小さくなっている。
【００６７】
なお、プレスフィット端子の各層を構成する端子単体ユニット間は一体化されていることが望ましいが、完全に一体化されていなくても良い。上記以外は概ね各実施の形態で示したものと同じ構成であるため、説明を省略する。
【００６８】
このような構成にした理由を以下に述べる。
本実施の形態によるプレスフィット端子６１０は、板厚み方向（ｙ方向）で最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０Ｌ１が、圧入終了時に、スルーホール内壁３１ｗに沿って、板厚み方向の内側に向かって扇型に変形する。そのため、端子圧接部６１５の外側面ＥＥＥおよび、プレスフィット形状の横の面ＥＳＥがスルーホール内壁３１ｗと接触する。そのため、プレスフィット端子６１０とスルーホール内壁３１ｗとの接触面積が大きくなるという効果がある。このようにすることで、接触抵抗が低減し、大電流を流した際の接触部の発熱による温度上昇を抑制することができる。
【００６９】
なお、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥが、スルーホール内壁３１ｗに沿って扇型に変形するためには、最外層の端子単体ユニット６１０ＬＥの内側に隣接する端子単体ユニット（本実施の形態のように３層の場合は内層の端子単体ユニット６１０ＬＭ）の圧接部の幅ＷＯＭは、最外層のプレスフィット形状板６１０ＬＥの厚み方向の外側面ＦＥＭとなる位置での円弧Ａ３１Ｗの弦の長さＬＣＭよりも小さくなっている必要がある。これにより、プレスフィット端子６１０をスルーホール３１に圧入したとき、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥの幅方向（ｘ方向）両端部の外面ＦＥＥ側が内壁３１ｗから受ける力を、両端部の内面ＦＩＥ側が内層側の端子単体ユニット６１０ＬＭのコーナー部６１５ｃＭで受けることになる。つまり、プレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥの対向する面において、幅方向の異なる位置から力を受けることになるので、プレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥを厚み方向に容易に変形させることができる。
【００７０】
さらに、以下のような効果がある。
最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥは、プレスフィット端子６１０の圧入後、厚み方向（ｘｙ平面内）に曲げ変形するため、曲げによる弾性力をスルーホール内壁３１ｗに対する抗力として発揮する。そのため、スルーホール内壁３１ｗに対してより大きな接触力を生じることができる。このようにすることで、接触抵抗が低減し、大電流を流した際の接触部の発熱による温度上昇を抑制することができる。
【００７１】
かかる構造の効果をより大きく発揮するには、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥには、弾性率の高い材質、内層側に抵抗率の低い材質を用いることが好ましい。さらに、スルーホール内壁３１ｗとの接触面積が大きく、さらに、プレスフィット端子６１０自体の圧接力と、最外側のプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥの曲げによる反発力の２つの力によりスルーホール内壁３１ｗに接触力が働くため、圧入後にプレスフィット端子６１０は左右の力や上下の力に強くなる。そのため、信頼性の高い接触部を得ることができる。
【００７２】
以上のように、本発明の実施の形態６にかかるプレスフィット端子６１０によれば、貫通孔の内壁３１ｗの断面形状を円弧Ａ３１ｗとすると、プレスフィット端子単体ユニット６１０Ｌのうち、重ね合わせ方向で最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥの圧接部６１５の幅ＷＯＥが、円弧Ａ３１ｗにおける円の中心ＰＣから当該プレスフィット端子６１０の厚みｔｏの半分の距離の弦の長さＬＣＥよりも広く、最外層となるプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＥの内側に隣接するプレスフィット端子単体ユニット６１０ＬＭの圧接部６１５の幅ＷＯＭが、弦の長さＬＣＥよりも狭い、ように構成したので、最外層のプレスフィット端子単体ユニットの外面ＦＥＥが内壁３１ｗに沿って扇型に変形し、広い面積で接触することができる。
【００７３】
実施の形態７．
本実施の形態では、上記各実施の形態１〜６で説明したプレスフィット端子を用いた電力用半導体装置について説明する。図１４〜図１６は、本発明の実施の形態７にかかる電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図１４は電力用半導体装置の内部構造を説明するための部分平面図（図１４（ａ））および部分断面図（図１４（ｂ））、図１５は、電力用半導体装置の外観を説明するための正面図（図１５（ａ））および側面図（図１５（ｂ））、図１６は、変形例にかかる電力用半導体装置の外観を説明するための正面図（図１６（ａ））および側面図（図１６（ｂ））である。なお、図では、プレスフィット端子７１０、７１０Ｖと表記しているが、上記各実施の形態で示したプレスフィット端子１０，１０Ｖ１〜１０Ｖ５，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０のいずれを用いても構わない。
【００７４】
電力用半導体装置１００は、図１４に示すように、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナなどのセラミックス材料からなる絶縁基板２１の回路面２１ｆ上に図示しないろう材などで接合された回路パターン２２や電極板２５が配置されている。回路パターン２２や電極板２５は銅、アルミニウムなどの導電性材料またはそれらを主成分とする合金材料からなる。さらに、回路パターン２２や電極板２５の表面は、酸化防止やはんだ材料の濡れ性を考慮して、ニッケルなどのめっき被膜が形成されている。また、図示しないが絶縁基板２１の回路面１ｆの反対側の面には放熱板が形成されている。
【００７５】
図では、回路パターン２２上にはんだ２６を介して半導体素子２３が接続されている。半導体素子２３は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料のうちの炭化ケイ素を用いた半導体素子であり、種類としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のようなスイッチング素子、またはダイオードのような整流素子である。半導体素子２３の回路パターン２２側の面にはドレイン電極が形成されている。そして、ドレイン電極と反対側（図で上側）の面には、実際には、ゲート電極やソース電極が、領域を分けて形成されているが、本発明の実施の形態の特徴を分かりやすくするため、上側の面には、大電流が流れるソース電極のみが形成されているとして説明する。なお、ドレイン電極の表面にははんだ２６との接合を良好とするための合金層が形成されており。ソース電極の表面にも、図示しない厚さ数μｍの薄いアルミニウムの下地が形成されている。
【００７６】
そして、半導体素子２３は、リード部材２４によって回路面１ｆ上の電極板２５に接続されている。電極板２５内には、プレスフィット端子７１０の受け部７１１（図示せず）が固定され、基部７１２部分からプレスフィット部７１３側が導き出されている。これにより、半導体素子２３（ソース電極）から外部回路への給電経路を形成する。
【００７７】
上記のような内部構造部分を樹脂で覆い、パッケージ化すると図１５に示すようなトランスファー型の電力用半導体装置１００が得られる。プレスフィット端子７１０はパーケージ筺体１００ｐの両側面から露出する構造となっている。従来はプレスフィット端子７１０ではなく、ピン端子が露出しており、図示しない配線基板のスルーホールとの接続ははんだ付により行われていた。大電流を流すためのピン端子は断面積が大きく、熱容量が大きくなるため、従来のピン端子では、フローはんだ付などの手法によるはんだ接続が難しいという課題があった。そのため、熟練作業者による手はんだを行うと、コスト高になるという課題があった。特に、高機能化が進んだ電力用半導体装置は多ピン化されているため、それらを手はんだにより接続することは大幅なコストアップを招くという課題があった。
【００７８】
一方、本発明によるプレスフィット端子７１０を用いた電力用半導体装置１００は、はんだを加熱溶融させる必要が無く、ハンドプレスと治具があれば常温で簡単に配線基板と接続することが可能であり、従来のはんだ付用ピン端子を用いた半導体装置に比較して生産性が向上するという効果が得られる。
【００７９】
実施の形態７の変形例．
図１５は、実施の形態７の変形例に係る電力用半導体装置を示すもので、ケース型の電力用半導体装置１００Ｖである。プレスフィット端子７１０Ｖはケース１００ｐＶの上面から露出する構造となっている。本構造では、ケース１００ｐＶの上からプレスフィット端子７１０Ｖが出ているため、トランスファー型のようにプレスフィット端子（基部７１２）を曲げる必要が無いため、配線基板のスルーホールに圧入する際の位置決め性が向上するというメリットがある。さらに、プレスフィット端子を曲げる必要がないため、簡単にプレスフィット端子を立てることができ、さらにはんだ付が必要ないため、ピン間の距離を狭くすることが可能となり、電力用半導体装置の小型化が可能である。
【００８０】
また、上記構成では、電極板を介してリードフレームとプレスフィット端子とを接続する例を示したが、プレスフィット端子とリードフレームを直接接続するようにしてもよい。この場合、プレスフィット端子を異なる材質の積層構造とし、銅の単一材のリードフレームと組み合わせ、例えばワイヤボンディングや超音波接合により接続することができる。すると、プレスフィット端子のみ積層構造とすることが可能となり、モジュール内で最も発熱の大きい半導体素子の熱をリードフレーム内に効率的に逃がすことができる。その結果、半導体素子発熱時の温度上昇を抑えることができ高信頼性となる。
【００８１】
また、プレスフィット端子とリードフレームを一体化し、リードフレームも積層構造とすることもできる。すると、リードフレームの分割されたそれぞれの板厚も小さくなるため、プレスによるリードフレーム形状の作製も容易となる。このようにすることで、高精度で煩雑なプレス金型を作製する必要がなく、コストが低くなるという効果がある。
【００８２】
さらに、板厚が１ｍｍの場合、リードフレームの幅も１ｍｍ以上必要となるが、板厚０．５ｍｍの板を積層して１ｍｍにした場合は、リードフレームの幅を０．５ｍｍと狭めることができ、リードフレーム全体のサイズを小さくすることができるため、モジュールの小型化に繋がる。
【００８３】
さらに、積層されたリードフレームのチップ実装側を銅とし、逆側の材質を銅よりも線膨張係数の低いコバールやインバーのような材質とすることで、温度サイクル時の銅の収縮を抑えることができる。このようにすることで、温度サイクル信頼性を高めることができる。
【００８４】
本実施の形態においては、スイッチング素子（トランジスタ）や整流素子（ダイオード）として機能する半導体素子２３には、炭化ケイ素によって形成されたものを示したが、これに限られることはなく、一般的に用いられているケイ素（Ｓｉ）で形成されたものであってもよい。しかし、ケイ素よりもバンドギャップが大きい、いわゆるワイドギャップ半導体を形成できる炭化ケイ素や、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドを用いた時の方が、以下に述べるように本発明による効果をより一層発揮することができる。
【００８５】
電力用半導体装置１００を駆動させると、半導体素子２３をはじめとする電力用半導体装置１００内の様々な素子に電流が流れ、その際、電気抵抗分の電力ロスが熱へと変換され、電力用半導体装置１００内の温度が変動する。このとき、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子や整流素子（各実施の形態における半導体素子２３）は、ケイ素で形成された素子よりも電力損失が低いため、スイッチング素子や整流素子における高効率化が可能であり、ひいては、電力用半導体装置の高効率化が可能となる。さらに、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子や整流素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子や整流素子を用いることにより、電力用半導体装置も小型化が可能となる。また耐熱性が高いので、高温動作が可能であり、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化も可能となるので、電力用半導体装置の一層の小型化が可能になる。
【００８６】
一方、上記のように高温動作する場合は停止・駆動時の温度差が大きくなり、さらに、高効率・小型化によって、単位体積当たりに扱う電流量が大きくなる。そのため経時的な温度変化や空間的な温度勾配が大きくなり、最高到達温度や温度変化量が大きくなる可能性がある。
【００８７】
このような電力用半導体装置においては、電力用半導体装置と配線基板との電極接続部も高温になるが、従来のようなはんだ接続では、電極接続部の温度がはんだの融点よりも高くなるような大電流動作が制限され、半導体素子の能力を十分に引き出すことはできなかった。しかし、本発明の各実施の形態にかかるプレスフィット端子を用いることで、はんだの融点の制約を受けずに、高い温度において半導体を動作させることが可能となった。さらに、本発明によるプレスフィット端子は、はんだ付と比べて、電極の接続面積が小さいため、プレスフィット端子とスルーホール内壁の熱抵抗が大きくなり、半導体から基板への熱伝導を抑えることができ、その結果、半導体装置の熱が配線基板側に伝わりにくくなる。そのため、半導体装置の温度が高温になっても、配線基板の温度が上昇しにくくなり、配線基板の信頼性が高くなる。
【００８８】
また、本発明の各実施の形態にかかるプレスフィット端子を用いれば、プレスフィット端子が配線基板のスルーホール内で強固に保持されるので、温度変化による変位があっても接続部が変形することなく、接続信頼性を維持することができる。つまり、ワイドバンドギャップ半導体の特性を活かして、小型化や高効率化を進めても信頼性の高い電力用半導体装置を得ることが容易となる。つまり、本発明による効果を発揮することで、ワイドバンドギャップ半導体の特性を活かすことができるようになる。
【００８９】
さらに、リードフレームとプレスフィット端子とを一体型とし、積層されたリードフレームのチップ側材質を銅とし、逆側の材質を銅よりも線膨張係数の低いコバールやインバーのような材質とすることで、温度サイクル時の銅の収縮を抑えることができる。このようにすることで、温度サイクル信頼性を高めることができる。また、リードフレームとプレスフィット端子を異なる材質を積層したプレスフィット端子と単一材料（銅）のリードフレームを、例えばワイヤボンディングや超音波接合により接続することで、プレスフィット端子のみ積層構造とすることが可能となり、電力用半導体装置内で最も発熱の大きい半導体素子の熱をリードフレーム内に効率的に逃がすことができる。その結果、半導体素子発熱時の温度上昇を抑えることができ、高信頼性となる。
【００９０】
なお、本実施の形態にかかる電力用半導体装置では、セラミック材料からなる絶縁基板２１上に回路パターン２２が形成された回路基板を用いた例で説明したが、それに限られることはない。例えば、エポキシ樹脂などの樹脂材料に熱伝導性を付与するためのアルミナやＢＮといった無機酸化物や窒化物のフィラーを充填した絶縁層を回路パターン下に設けた、いわゆる金属ベース基板と呼ばれる回路基板や、絶縁層と同様の材料で構成した絶縁シート貼り付け構造の回路基板を用いた電力用半導体装置においても同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  プレスフィット端子、１１  受け部、１２  基部、１３  プレスフィット部、１４  先端部、１５  圧接部（１５ａ  分岐部、１５ｐ  突起部、１５ｐＢ  突起の付け根部分、１５ｓ  開口部（間隔））、１６  端子基部側テーパー部、１７  先端部（端子先端側テーパー部）、３０  配線基板、３１  スルーホール（貫通孔、３１ｗ  スルーホール内壁）、３３  配線パターン、１００  電力用半導体装置（１００ｐ  ケース）、２１  絶縁基板（２１ｆ  回路面）、２２  回路パターン、２３  半導体素子、２４  リード部材、２５  電極板、ＡＣ  プレスフィット端子の中心軸、ＤＩ  プレスフィット端子圧入方向、Ａ３１Ｗ  スルーホール内壁の円弧形状、ＤＣ  弦の距離、ＦＥ  外側面、ＬＣ  弦の長さ、ＰＣ  スルーホール内壁の円弧中心、ｔ  厚み、Ｗａ  分岐部の幅、ＷＯ  圧接部の幅、Ｗｓ  開口部の幅。
添え字：Ｌ  プレスフィット端子単体ユニット、Ｏ  端子全体、Ｖ  変形例。
百位の数字の違いは、実施の形態ごとの違いを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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